滇東北會澤地區(qū)震旦系與寒武系界線討論

陳慶松，楊潤柏

(中國人民武裝警察部隊(duì)黃金第十支隊(duì)，云南 昆明 650000)

滇東北會澤地區(qū)廣泛出露震旦紀(jì)與寒武紀(jì)過渡地層，是研究新元古代末期至早寒武世時期生物演化、重要成礦事件和寒武系地層劃分的重要解剖窗口之一。自上世紀(jì)初葉以來，不少專家學(xué)者對揚(yáng)子地臺中下寒武統(tǒng)地層開展了多學(xué)科研究。主要以寒武統(tǒng)古生物學(xué)研究方面[1～3]最為顯著，比如尹恭正等(1982年-1996年)、羅惠麟等(1984年-1992年)對上揚(yáng)子臺地地區(qū)的震旦紀(jì)-寒武紀(jì)之交的地層古生物做過較為深入的研究。但關(guān)于其地質(zhì)年代學(xué)方面的研究則相對較少。目前整個華南地區(qū)下寒武統(tǒng)高精度、可靠的U-Pb鋯石年齡數(shù)據(jù)僅兩個，主要有2002年云南晉寧縣梅樹村剖面朱家菁組中誼村段中部(第5層)的鉀質(zhì)斑脫巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡(538.2±1.5) Ma[4]和2008年周明忠等人在遵義松林尖坡頂剖面牛蹄塘組凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡(518±5) Ma[5]。隨著對寒武系下統(tǒng)Ni-Mo-PGE多金屬礦床的成礦年代學(xué)研究也積累了一定的數(shù)據(jù)，2002年李勝榮等人[6]獲得了礦石的Re-Os等時線年齡為(542±11)Ma，其認(rèn)為這一年齡與牛蹄塘組(笻竹寺組)地層年齡一致。2002年Mao等人[7]和2003年Jiang等人[8]先后對華南寒武系底部黑色頁巖中的礦石進(jìn)行Re-Os定年，分別獲得礦石的Re-Os等時線年齡為(541±16)Ma(2σ)和(537±10)Ma，都認(rèn)為它們代表地層的年齡。以上數(shù)據(jù)雖然與國際寒武紀(jì)底界年齡相近，但是年齡數(shù)據(jù)的解釋方面還未能達(dá)成共識；加之早寒武世時期地球上存在2個大的生物地理分區(qū)[9]，使得該時期地層古生物化石的全球?qū)Ρ却嬖诶щy，而大范圍內(nèi)的巖石地層對比則因沉積相變更具局限性。因此下寒武統(tǒng)急需建立以精確可靠的U-Pb鋯石年齡為基礎(chǔ)的時間框架，以促進(jìn)其與國際比對比及劃分。

近期開展的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目，首次在會澤地區(qū)五星鄉(xiāng)背羅箐一帶燈影組上部發(fā)現(xiàn)了凝灰?guī)r(斑脫巖)夾層，并對其進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb測年，本文綜合生物地層學(xué)、沉積學(xué)及凝灰?guī)r(斑脫巖)鋯石年代學(xué)依據(jù)，對會澤地區(qū)燈影組地層時代和震旦系與寒武系界線進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)概況

云南會澤地區(qū)大地構(gòu)造位于揚(yáng)子陸塊南部被動邊緣之曲靖-水城褶-沖帶，地層主要屬于華南地層大區(qū)上揚(yáng)子地層分區(qū)之曲靖地層小區(qū)，從古生代至新生代地層均有岀露。區(qū)內(nèi)燈影組為最老的地層(未見底)，其主要分布于五星背斜核部、雨碌斷裂沿線，總體呈北東向展布(圖1)。區(qū)域上燈影組與之下與陡山沱組碳質(zhì)頁巖呈整合過渡關(guān)系，之上與笻竹寺組黑色碳質(zhì)頁巖呈整合過渡關(guān)系。

燈影組(Z∈d)是由李四光、趙亞曾(1924)創(chuàng)建的“燈影石灰?guī)r”演變而來，創(chuàng)名地點(diǎn)在湖北宜昌市西北20km長江南岸石牌村至南沱村的燈影峽。本次參照《云南省巖石地層》(1996)[10]劃分方案，將漁戶村組重新劃歸回?zé)粲敖M，并結(jié)合巖性組合及沉積旋回特征將燈影組劃分為三段：

(1)燈影組下段(Z∈d1)：巖性為主要為灰白、青灰、灰黑色中-塊狀泥晶-細(xì)晶白云巖、內(nèi)碎屑白云巖、含藻屑硅質(zhì)細(xì)脈白云巖；

(2)燈影組中段(Z∈d2)：為淺灰、灰白、灰黃、灰黑色中-厚層部分塊狀微晶-粉晶白云巖、鮞粒白云巖夾硅質(zhì)條帶，白云巖水平紋層發(fā)育，硅質(zhì)條帶寬度多小于2cm，呈條帶狀、透鏡狀產(chǎn)出；

(3)燈影組上段(Z∈d3)：為灰、灰黃薄層白云巖與灰色薄層硅質(zhì)巖互層，上部發(fā)育含磷粉砂巖、泥巖及磷塊巖。含磷層之下為一凝灰?guī)r層。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及震旦—寒武系燈影組分布圖

1-第四系；2-侏羅系；3-三疊系；4-二疊系；5-石炭系；6-泥盆系；7-寒武系；8-震旦-寒武系燈影組；9-研究區(qū)位置

2 樣品采集及分析方法

通過1∶5萬區(qū)調(diào)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)的凝灰?guī)r(斑脫巖)層主要賦存于磷質(zhì)白云巖與硅質(zhì)巖的夾層中(圖2)，凝灰?guī)r呈淺灰色、灰白色，具凝灰結(jié)構(gòu)，成分由巖屑、晶屑及火山灰組成。凝灰?guī)r厚5cm-20cm，延伸數(shù)百米(圖3)。本次凝灰?guī)r研究樣品采自于云南省會澤地區(qū)五星鄉(xiāng)背羅箐一帶燈影組上部凝灰?guī)r(斑脫巖)，距上覆寒武系笻竹寺組黑色碳質(zhì)頁巖大約50m，采樣位置105°15′24″，26°32′47″，樣品編號為D4045-1-2。由于凝灰?guī)r較軟而疏松，露頭表層易于風(fēng)化及遭受外界碎屑物質(zhì)混染，因而在樣品采集過程中首先挖掘至凝灰?guī)r的新鮮位置，而后采集新鮮凝灰?guī)r樣品25kg。對所采樣品經(jīng)破碎、重液分選后在雙目顯微鏡下挑選出鋯石后進(jìn)行制靶。樣品靶制成后，首先在光學(xué)顯微鏡下對被測樣品進(jìn)行照相，包括透射光和反射光；然后在掃描電子顯微鏡下進(jìn)行鋯石陰極發(fā)光(CL)成像研究(圖4)，對照可見光透反射圖像進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)選樣，排除裂隙發(fā)育和包裹體較多的鋯石顆粒；最后將樣品靶表面鍍金，以增強(qiáng)其導(dǎo)電性。鋯石挑選、制靶及測試在北京離子探針中心完成。有關(guān)年齡的數(shù)據(jù)處理由北京離子探針中心用SQUID及ISOPLOI程序完成。

圖2 五星鄉(xiāng)燈影組柱狀圖及采樣點(diǎn)

圖3 研究區(qū)燈影組上段凝灰?guī)r觀測照片F(xiàn)ig 3.Tuff in Dengyng Formation Upper Member

圖4 研究區(qū)燈影組上段凝灰?guī)r中鋯石顆粒陰極發(fā)光(C)L像Fig 4.Cathodoluminescence of Zircon inDengying Formation Upper Member Tuff

3 分析結(jié)果

會澤地區(qū)五星鄉(xiāng)背羅箐一帶燈影組上部凝灰?guī)r(斑脫巖)樣品D4045-1-2中的鋯石顆粒磨圓度各有差異，大部分鋯石晶形呈半自形-自形，另有少量鋯石磨圓度較好，反映鋯石顆粒經(jīng)歷了長期的磨損，經(jīng)歷了一定距離的搬運(yùn)或再沉積，鋯石粒度多在30-80μm，少部分能含量在12×10-6-83×10-6之間。鋯石U含量變化范圍為101.00×10-6-1270.00×10-6，Th含量變化范圍為3.00×10-6-855.00×10-6，Th/U值變化范圍為0.34-1.09，主體部分都大于0.4，少量小于0.4，顯示鋯石以巖漿成因?yàn)橹?，混有少量繼承鋯石。

本次研究共選取16顆典型鋯石顆粒進(jìn)行了測試分析，大多分布在諧和線上或附近，其中數(shù)據(jù)點(diǎn)D4045-1-2-9為不諧和點(diǎn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)D4045-1-2-12和D4045-1-2-15顯示204Pb測量值偏高，數(shù)據(jù)點(diǎn)D4045-1-2-16的Th/U比值偏高(1.09)，相對遠(yuǎn)大于樣品的Th/U比值。數(shù)據(jù)點(diǎn)D4045-1-2-1、D4045-1-2-14和數(shù)據(jù)點(diǎn)D4045-1-2-13的年齡值分別與主體年齡值偏低和偏高，代表小部分的物源供給。其余9個測點(diǎn)的U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)具有較好的一致性，大多數(shù)落在一致曲線之上(圖5)，選取了9個206Pb/238U年齡介于(526.6±7)-(550.9±7.7) Ma之間的點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)平均年齡計算，其年齡為(538±5) Ma(MSWD=1.04)。鋯石分析測試真實(shí)可靠(表1)，置信度高。

圖5 凝灰?guī)r鋯石U-Pb協(xié)和圖和加權(quán)平均年齡

注：1.206Pb*為放射性鉛；2.灰色區(qū)域分析值未納入加權(quán)平均計算。

4 地質(zhì)意義

4.1 燈影組時代約束

云南地質(zhì)調(diào)查局區(qū)調(diào)隊(duì)八分隊(duì)(1978年～1980年)[11]在該組中段采集到了OsagiaminutaZ.Zhuz，Paniscolleniasp等藻類化石，上段采集到了軟舌螺：CircothecaobesaQian，C.longiconicaQian，C.chengjiangensisQian，C.maximaJiang sp.nov.，C.crasseocochlia(Syssoiev)，C.sp，C.spp.，Ovalithecasp.，Turcuthecacrasseocochlia(Sysoiev)，T.maximaJiang，T.longevaginatusQian et Jiang，T.lubricaQian，T.magmaJiang，T.hitubaQian，T.sp.；似軟舌螺：TorellelacurvaeMiss；管殼類：Palaeosulcachitessp.；托馬斯殼類：Lapworthella？sp.；單板類：CassidinaselebrosaJiang；腹足類：AldanellaoperoseMiss。從生物面貌上來看，該組中段僅出現(xiàn)藻類化石，上段化石較為豐富，與黔北川南燈影組一致，與滇中相同層位亦可對比，Cassidina和Circothecalongiconica均為晚震旦世燈影峽期的重要分子，其時代為晚震旦世燈影峽期。本次工作在燈影組上段上部發(fā)現(xiàn)了凝灰?guī)r(斑脫巖)，獲鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為538±5 Ma，其時代為早寒武世梅樹村期。這一年齡為凝灰?guī)r的就位(沉積)年齡，可以真實(shí)地反映所處地層的沉積時間，這說明燈影組為一跨時代地層。燈影組下段和中段地層時代為晚震旦世燈影峽期，而燈影組上段地層時代為晚震旦世燈影峽期-早寒武世梅樹村期過渡時期。

4.2 會澤地區(qū)前寒武系-寒武系界線

截止目前華南地區(qū)下寒武統(tǒng)已經(jīng)積累了三個高精度鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，即云南晉寧縣梅樹村剖面朱家菁組中誼村段中部(第5層)的鉀質(zhì)斑脫巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡(538.2 ± 1.5) Ma[4]、遵義松林尖坡頂剖面牛蹄塘組凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡(518±5) Ma[5]，以及本次工作在會澤地區(qū)燈影組上段凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡(538±5) Ma。參照2018年版《國際地層表》(網(wǎng)址：http：//www.stratigraphy.org/index.php)前寒武系-寒武系界線年齡已確定在541±1 Ma。而中國前寒武系-寒武系界線位置的確定一直懸而未決，普遍認(rèn)為這一界線一般置于中誼村段的底部[12]。目前雖然沒有直接的同位素絕對年齡數(shù)據(jù)，但如果這一方案與地質(zhì)事實(shí)相符，則這一層位的絕對年齡被估計為541±1 Ma是可行的。通過會澤地區(qū)燈影組上部凝灰?guī)r(斑脫巖)夾層與云南晉寧縣梅樹村剖面朱家菁組中誼村段中部(第5層)的鉀質(zhì)斑脫巖對比可以看出：二者在巖石組合特征方面均是以夾層的形式產(chǎn)于磷塊巖或硅質(zhì)巖中；二者的產(chǎn)出位置均是位于笻竹寺黑色碳質(zhì)頁巖之下，磷質(zhì)粉砂巖、磷塊巖之上；二者的SHRIMP U-Pb年齡數(shù)據(jù)也驚人的相近，均為538 Ma，這也說明了二者是同一地質(zhì)事件在不同區(qū)域的產(chǎn)物。由此看出，會澤地區(qū)前寒武系-寒武系界線應(yīng)置于燈影組上段凝灰(斑脫巖)下方，位于燈影組上段非正式地層單位(中誼村段)底部(圖2)。會澤地區(qū)下寒武統(tǒng)以精確鋯石U-Pb年齡為基礎(chǔ)的時間框架雛形已基本建立，無疑對華南地區(qū)前寒武系-寒武系地層劃分提供了有力支撐，最終將促進(jìn)華南下寒武統(tǒng)的國際對比及劃分。

4.3 地質(zhì)意義

筆者在研究區(qū)開展1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目過程中，首次在區(qū)內(nèi)燈影組上部發(fā)現(xiàn)凝灰?guī)r(斑脫巖)夾層。通過與滇中昆明寒武系梅樹村組、黔北遵義寒武系牛蹄塘組和黔東北銅仁震旦系老堡組等地中的凝灰?guī)r夾層對比發(fā)現(xiàn)，該火山巖漿事件具有的一定的區(qū)域?qū)Ρ刃?，?yīng)代表一次重要的火山巖漿事件。這一事件之后或稍后不久沉積盆地演化發(fā)生了重要轉(zhuǎn)折，研究區(qū)由硅質(zhì)巖(與海底熱液有關(guān))向黑色頁巖沉積轉(zhuǎn)變，并伴隨磷質(zhì)、多金屬硫化物的沉積。隨后出現(xiàn)早寒武世早期的“多元素富集層”，并顯示出界線上下巖相、生物群落、元素、同位素、礦物組合的突變。根據(jù)1996年Grunow等[13]和2008年P(guān)ease等[14]對Baltica板塊和Laurentia的研究，揚(yáng)子克拉通的這一沉積轉(zhuǎn)換可能與Rodinia超大陸裂解后的火山活動有關(guān)。即與Baltica板塊和Laurentia板塊裂解、分離和lapetus洋的形成有關(guān)。

5 結(jié)論

(1)通過1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，首次在會澤地區(qū)五星鄉(xiāng)背羅箐一帶燈影組上部發(fā)現(xiàn)凝灰?guī)r(斑脫巖)夾層。這一火山巖漿事件具有的一定的區(qū)域?qū)Ρ刃?，?yīng)代表一次重要的火山巖漿事件，可能與Rodinia超大陸裂解后的火山活動有關(guān)。

(2)綜合生物地層學(xué)、沉積學(xué)及鋯石年代學(xué)來看，筆者認(rèn)為會澤地區(qū)燈影組下段和中段地層時代為晚震旦世燈影峽期，而燈影組上段地層時代為晚震旦世燈影峽期-早寒武世梅樹村期過渡時期。通過凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡基本建立了會澤地區(qū)下寒武統(tǒng)以精確鋯石U-Pb年齡為基礎(chǔ)的時間框架雛形，并為揚(yáng)子地臺下寒武統(tǒng)提供了精確的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)支撐。

(3)通過會澤地區(qū)燈影組上部凝灰?guī)r(斑脫巖)夾層在巖性組合、產(chǎn)出位置及SHRIMP U-Pb年齡數(shù)據(jù)等方面與鄰區(qū)對比發(fā)現(xiàn)，會澤地區(qū)前寒武系-寒武系界線應(yīng)置于燈影組上段凝灰?guī)r(斑脫巖)下方，位于燈影組上段非正式地層單位(中誼村段)底部。